大学化学, 2018, 33(11): 6-10 doi: 10.3866/PKU.DXHX201808034

教育专题

基于物理化学MOOC的混合式教学实践

王旭珍,, 王新平, 王新葵, 宋雪旦, 田东旭, 陈冰冰, 石川, 纪敏

Experiences of Blended Teaching Mode Based on Physical Chemistry MOOC

WANG Xuzhen,, WANG Xinping, WANG Xinkui, SONG Xuedan, TIAN Dongxu, CHEN Bingbing, SHI Chuan, JI Min

通讯作者: 王旭珍, Email: xzwang@dlut.edu.cn

收稿日期: 2018-08-30  

基金资助: 大连理工大学教学改革基金项目.  YB2016045
大连理工大学教学改革基金项目.  ZX2015002
中国高等教育学会“十三五”高等教育科学研究重大攻关课题.  16ZG004-14

Received: 2018-08-30  

Fund supported: 大连理工大学教学改革基金项目.  YB2016045
大连理工大学教学改革基金项目.  ZX2015002
中国高等教育学会“十三五”高等教育科学研究重大攻关课题.  16ZG004-14

摘要

介绍大连理工大学在“物理化学”中国大学慕课(MOOC)建设及应用于本科教学的一些举措和经验,推广至省内跨校共享,建立了“1+M+N”混合教学新模式。实践表明,开展“线上-线下”混合式教学,应贯穿教学全过程、发挥MOOC的“教学增效”作用,才能更好地培养学生的素质和能力,提升教学质量。

关键词: 物理化学 ; 慕课 ; 教学改革 ; 混合式教学

Abstract

Based on the massive open online course (MOOC) of physical chemistry from Chinese university MOOCs platform, the authors introduce some initiatives and experiences in the MOOC course construction and the application for undergraduate teaching in Dalian University of Technology. The blended teaching and learning mode made up of "online" and "offline" was put into practice in other universities, and a new "1 + M + N" mode to provincial cross-school sharing has been demonstrated. It was shown that only the enhancement of MOOC teaching be highly valued throughout whole course of teaching, the students' quality and ability could be better cultivated followed by improving teaching quality.

Keywords: Physical chemistry ; Massive open online course (MOOC) ; Teaching innovation ; Blended teaching

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本文引用格式

王旭珍, 王新平, 王新葵, 宋雪旦, 田东旭, 陈冰冰, 石川, 纪敏. 基于物理化学MOOC的混合式教学实践. 大学化学[J], 2018, 33(11): 6-10 doi:10.3866/PKU.DXHX201808034

WANG Xuzhen, WANG Xinping, WANG Xinkui, SONG Xuedan, TIAN Dongxu, CHEN Bingbing, SHI Chuan, JI Min. Experiences of Blended Teaching Mode Based on Physical Chemistry MOOC. University Chemistry[J], 2018, 33(11): 6-10 doi:10.3866/PKU.DXHX201808034

“慕课”(MOOC)作为一种新型在线教育模式,为高等教育带来了挑战和机遇[1]。自2014年我校建成首门慕课“化学与社会”并取得良好社会影响以来,学校给予全方位大力支持,鼓励获得国家精品资源共享课的工科系列基础课程率先升级转型为在线开放课程。物理化学教学团队教师不畏困难、齐心合力,重新组织规划、精心设计教学内容,精益求精制作,于2016年10月完成了“物理化学(一、二)”慕课建设,并顺利在爱课程网“中国大学MOOC”平台上线。本着“建以致用”的基本原则[2],面向校内学生和社会开放,迄今已授课四轮。

在日常教学中,围绕我校“高水平研究型大学”的建设目标,贯彻“以学生的学习和发展为中心”的教学理念[3, 4],结合本校化工与制药大类本科生专业基础课“物理化学B”(上册40学时,下册48学时)、环境与生物本科生专业基础课“物理化学C”(上册40学时,下册32学时),我们开展了“线上-线下”混合式教学模式,努力创设互动、开放的“教”与“学”氛围,以期推进信息技术与教育教学的深度融合,探索适应新时代大学生学习方式的教学模式,培养学生的科学素质和多方面的能力,取得的点滴经验在此与同行共勉。

1 物理化学MOOC呈现形式多样化

物理化学被誉为“化学中的哲学”,在化学化工专业人才培养体系中起着承上启下的枢纽作用。其概念多、理论性强、公式/定律繁杂,内容涵盖化学热力学、统计热力学、化学动力学、电化学、表面与胶体等从微观到宏观、从静态到动态的系统知识[5, 6],涉猎面广,在化学化工类本科专业基础课中一向被认为是“教师最难教、学生最难学”的课程。在教学中如何培养学生的科学思维方法、如何化解抽象的教学难点、如何教会学生运用基本原理来分析复杂问题等,是教师必须面对和解决的问题。基于信息技术支撑的MOOC教学,有效地拓展了学习的时空,为学生自主学习与加强师生交流提供了极大方便,无疑成为解决物理化学“教与学”问题的最佳途径。

鉴于物理化学课程“教”与“学”难度大的特点,我们的MOOC课程建设遵循“建以致用——线上线下互为补充、呈现形式灵活多样”的基本思路,教学内容按自主学习和混合式教学需求导向设计,既有基本内容又有学科前沿的拓展内容,体现内容精品化、构建模块化、资源多元化、形式多样化的特色。

具体地,以知识点为单位,通过模块化构建课程,包括:①教案、导学材料等文本模块;②教学视频模块;③综合例题解析视频模块;④前沿、案例等拓展资源模块;⑤动画、数字化资源模块;⑥试题模块。物理化学一(40学时)、物理化学二(48学时) MOOC总计制作完成各类教学资源618个。其中,教学视频和教案的内容相对独立,适宜学生利用较短时间有针对性地进行“碎片化学习”;通过综合例题解析模块补充解决“知识点碎片化”的不足,帮助学生形成系统性、条理化的知识体系;利用拓展模块提供线下课堂讨论主题,在平台上提供了团队教师多年来对教学内容深入研究发表的论文及学科进展文献资料;以信息化技术为手段,将难以在有限时间的课堂上展示的教学难点,以数字化的形式(如Flash动画、微视频)恰当呈现给学生;自测、单元测试、章节作业、期末试卷等根据教学进度依次发放,以帮助学生及时检验自己对学习内容的掌握情况。整体上,MOOC通过环环相扣的过程性评价,指导、督促学生跟进学习计划,更好地完成课程学习。同时,我们努力做到“以用促建”“用以促学”[2],在本校实施混合式教学实践,并逐步推广至兄弟院校,在实际应用中不断发现问题,再予以及时修正、补充、更新MOOC教学资源,真正实现“线上-线下”有机结合。

2 应用MOOC混合教学形式多样化

2.1 立足本校,培育创新人才

物理化学MOOC上线后立即投入本校教学实践中,以化工与制药大类和环境/生物专业本科生六个平行大班为试点,开展了传统教学法与MOOC相融合的混合式教学实践。我校实行学生自主选课、平行上课,每个教学大班约65–120人,均包含化学工程、化学工艺、制药、高分子、化工创新实验班等各专业学生。

物理化学的学科特点决定了学生单纯依靠自主学习、理解掌握物理化学知识内容难度重重,物化主讲教师与学生“面对面交流”的环节难以被取代。因此,教学团队讨论确定了改革的基本思路,即利用MOOC对传统课堂教学起到“补充、强化”的增效作用,通过循序渐进的“线上-线下”混合式教学,挖掘、培养学生在学习过程中的主动性和创造性。确立的混合式教学基本流程如下:学生注册→分组→发布导学材料及要求→线上学习→线上答疑/讨论→提炼线下课堂教学内容→线下课堂教学。课堂教学根据学生对相应知识的理解掌握情况,可灵活采取不同的教学方式,例如“教师主讲”“师生角色互换”“知识竞赛”“情境案例研讨”“学科前沿拓展”等形式(具体的部分内容见表1),有效活跃了课堂气氛、保障了教学效果,对学生的自主学习能力、灵活运用知识能力、材料组织能力、合作交流能力、口头表达能力等培养卓有成效。

表1   混合式教学中线下课堂教学部分设计内容

教学组织形式 对应章节 教学内容
师生角色互换 多组分系统热力学 把重点、难点和容易出现概念混淆的“偏摩尔量”“化学势”“理想稀溶液”“真实液态混合物与真实溶液”作为教师主讲内容
相对容易理解和计算运用的内容如“稀溶液的两个经验定律”“理想液态混合物”“稀溶液的依数性”安排学生线上学习、分组设计不同类型的问题,课堂上各小组之间交叉抽题,学生主持讨论,教师点评
知识竞赛 界面化学 教师将表面张力、表面能、表面润湿与铺展、毛细管现象、附加压强、物质的亚稳态等知识内容设计为选择、填空、是非及思考题。学生各自线上学习,线下课堂通过抽签随机组队,限时抢答、累计积分
情境案例研讨 单组分系统相变热力学 高压锅设计原理;速滑运动员冰刀的设计原理
简单低共熔系统相图 保险丝为什么易于熔断
表面润湿 水在玻璃毛细管中上升所涉及的科学
光化学反应热力学 哪些因素影响光化学反应实际进行的方向
平衡点是否遵循热化学反应的规律
学科前沿拓展 化学热力学基础 向反应系统注入非体积功的一种形式——等离子体
稀溶液的依数性 宇航员吸氧排氮的科学;海水淡化-反渗透技术
化学电源 锂离子电池、钠离子电池的组成与工作原理
气-固相催化反应动力学 催化合成氨-双活性中心L-H表面催化机理

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在教学实践中,考虑到物理化学知识内容抽象、深奥以及教学班级人数较多的实际情况,对2014级学生初次采用混合式教学的成绩构成比例为:在线MOOC学习得分占10%,平时作业与课堂互动占10%,期末闭卷(统考统批)考试成绩占80% (记为“20 + 80制”)。仅以化创1401班为例(见图1),同一学年(2016春季-秋季学期)内,分散于各个教学大班的本班学生取得的物理化学课程平均成绩明显优于其他未实施混合式教学的基础课。

图1

图1   试点班与平行班在同一学年的主要基础课程平均成绩比较

试卷统考统批;电子版为彩图


在此基础上,2017春季-秋季学期我们对化创1501班25名学生开展小班试点,进一步增大MOOC-翻转课堂比例,按照“在线MOOC学习得分10%,平时作业10%,翻转课堂(1+ n模式,每次12–15 min) 25%,期末考试(与教学大班统考统批)卷面成绩55%”(记为“45 + 55制”)评价课程总成绩。其中,“1 + n”翻转课堂学生主讲内容可以是教师设计的,限每位学生选择1个主题,也可以是学生自主提出的、解决学习难点的内容,不限次数(n)。例如,教师指定围绕“稀溶液经验定律”“化学平衡移动”“二组分气-液平衡相图”“胶团结构的Stern双电层模型”“由机理推导反应表现的级数、速率系数和活化能”“用L-H模型反应讨论气固相反应的表观活化能”“粒子在不同振动能级上的分布”等展开讨论。通过给学生提供上讲台的机会,推动了学生合理分配时间、规划学习任务,也增强了学生的自信心,课堂教学参与度有增无减。他们结合自己的学习认知,积极登台分享有关“二组分液-固相图分析”“关于反应级数的判断和计算”“可逆电池构成三要素”“电池电动势计算的两种方法”等学习心得和经验,同学之间的交流更容易心领神会,课堂气氛非常活跃,显著增进了教学效果。

图1可见,化创1501班学生的物理化学总评平均成绩远高于本学年其他未进行混合式教学的课程;与同期仍执行“20+ 80制”的平行大班中部分班级(化高1501班,化高1502班,化药1501班)比较,可以清楚地看到,经历翻转课堂强化训练的化创1501班物理化学总评成绩遥遥领先(平均86.9分);与同期同一主讲教师所任2015级平行大班学生(涵盖各专业)物理化学期末卷面成绩比较,试点班上册平均成绩88.7分、下册96.5分,而平行班分别为64.7和71.4分,这些数据反映出学生更多参与的混合式教学方法能够有效提高学生学习能力,改善课程教学质量。无记名问卷调查统计结果显示,试点班100%学生在自主学习、归纳总结、知识运用、交流表达、文献查阅、创新思维、团队协作等方面的能力“提高幅度很大”。在学校的无记名评教系统中,平行班的学生也纷纷写道“教学形式新颖”“养成了思考的习惯”“脑洞大开”“希望这样的课堂再多一些”。两轮混合式教学实践的受益者2014、2015级学生累计52人次参加全国大学生Chem-E-Car、化学实验竞赛、化工设计竞赛、制药工程设计等赛事,荣获辽宁省一等奖和国家级奖35项。

2.2 跨校共享,服务社会大众

物理化学一、二MOOC建设质量高,吸引了众多自主学习者,满足了宽广的社会需求。在线学员包括国内高校如哈尔滨工业大学、山东大学、同济大学、厦门大学、北京化工大学、中国石油大学、武汉理工大学等在校学生(图2a)和青年教师、工程师等社会学习者,地域覆盖27个省、市、自治区,并惠及亚洲其他国家和欧、美、非、大洋洲等海外学习者(图2b)。迄今,为海内外近4万5千名学员实施完整的教学过程,提供持续的在线指导与交流讨论等教学服务。不仅有力地支持了他校学生或考研学员学习或复习物理化学课程内容,也帮助社会学员答疑解惑、厘清相关问题,对大学、中学青年教师的教学能力提高、工程师的理论水平提升有帮助,获得广泛好评。

图2

图2   物理化学MOOC学员国内高校分布(a)与全球地域分布情况(b)


依托物理化学MOOC的丰富教学资源及其便于教师灵活组合教学内容的特点,在辽宁省内高校探索实践了“1 + M + N跨校修学分”教学新模式,即由本课程负责人、辽宁省教学名师王新平教授领衔主讲物理化学开放课程(1门MOOC),与省内几所普通高校(M)若干名物理化学教师组成教学团队,面向各校学生,根据各自培养目标讨论确定不同层次的教学内容(N),分别实施“线上-线下”混合式教学。如沈阳工业大学(辽阳分校)和辽宁石油化工大学执行80学时教学,辽宁何氏医学院执行48学时教学。课程考核采用“线上-线下”相结合,线上成绩为MOOC学习过程性评价(占总成绩20%),线下笔试闭卷题目由我校主讲教师统一命制;课程总评成绩由我校向学生对应学校发布,各校给予学分认定。迄今“1 + M + N”模式已进行三轮教学实践,已获学分认定的学生总数818人;参与混合式教学的各校7位中青年教师反映,在高水平教学名师带动下,个人教学能力显著增强,学生的学习兴趣、自主学习能力、解决实际问题的能力和创新思维能力普遍得到提高。该教学模式得到省教育厅的充分肯定和同行认可,已推广至区域内(本省/市、吉林省)其他高校,受惠学生逾千人,实现了优质资源共享。

3 混合式教学实践心得

本物理化学MOOC建设特色鲜明,2017年被顺利认定为首批“国家精品在线开放课程”。立足本校开展的两轮混合式教学应用,提出了一些有利于学生自主习得、思维能力培养和知识灵活运用的线下讨论主题,确立了便于实际操作的几种“线上-线下相结合”的教学形式;推广至省内跨校共享,建立的“1 + M + N”(一课+几校+数层次)混合教学新模式初见成效。虽然取得了些许经验,但只是万里长征走出了第一步,在教学实践中还发现许多问题。首先,混合式教学应是基于培养学生持续学习和综合发展能力的系统化教学,并非简单地在教学中增加一些互动环节即可。它需要教师用心投入、面向不同的学生层次、合理安排各种教学方法,并贯穿课程教学的“全过程”,才能实现对学生素质和能力的全面培养,这无疑对教师提出了很高的要求。其次,若教学班规模较大,则不利于开展以学生为中心的互动教学。因为在有限的线下课堂教学时间内,难以保证每位学生都能够真正投入、参与到主讲/展示/讨论等过程中,在小组合作中如何有效评价组长及成员的贡献也值得探讨,所以混合式教学的实施应以30人左右的小班教学为宜。总之,建立有效的物理化学混合式教学模式是持久战,需要教师“回归本份”[7],高度重视,满怀热忱,把更多的时间、精力真正投入到学生身上,结合每一班级学生的具体情况,持续深入探讨“线上-线下”混合式教学的新内容,并通过交流、借鉴其他高校物理化学课程的优秀经验,共同推动国内高校教学模式改革。

参考文献

李斐; 黄明东. 中国高等教育, 2014, (7), 22.

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中华人民共和国教育部.教育部关于加强高等学校在线开放课程建设应用与管理的意见.教高函[2015] 3号.

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张树永; 李英; 苑世领; 郝京诚. 大学化学, 2013, 28 (2), 11.

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宋鑫. 中国大学教学, 2015, (11), 27.

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张树永; 侯文华; 刁国旺. 大学化学, 2017, 32 (2), 9.

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王新平. 大学化学, 2016, 31 (8), 8.

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中华人民共和国教育部.教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知.教高函[2018] 8号.

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